CN220691294U - 一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，包括主控PLC、通信转接板、主控板、Ethercan模块和PC端；所述主控PLC与通信转接板连接，通信转接板分别与主控板、Ethercan模块连接；所述Ethercan模块连接变流柜内变频器，用以采集变频器运行状态数据，且Ethercan模块与PC端连接，用以将采集的变频器运行状态数据传输至PC端显示；所述通信转接板连接分别连接变流柜内变频器、变频器温度检测元件、离心风扇以及控制柜面板显示灯；所述主控板分别连接变流柜内变频器、网侧接触器、定子接触器、机侧模块温度检测元件、网侧模块温度检测元件。可以实现远程监控、数据采集和多重连接，有助于提高模块化风冷变流柜的性能和可靠性，提高控制精度，减少故障和维护成本。

Description

一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，涉及风冷变流柜控制技术，具体为一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统。

背景技术

随着目前风力发电技术的不断提高及国外供应商逐渐退出中国市场，对老风机进行技术改造以增加发电效率和减少故障率显得尤为重要，同时，将变频器下置可以减小后期工作人员的维护成本且避免了频繁攀爬风机带来的人身安全风险，在冷却方式上使用风冷可以达到与水冷同样的冷却效果且可以有效地防止冷却液带来的环境污染。

目前对于风冷柜的控制还是原始的基于国外芯片的传统控制结构，无法及时观测到设备故障或异常状态，控制精度不足，可能导致停机时间增加和维护成本上升。基于目前这种基础改造设置，亟需一种更加适配、高效的风冷柜控制系统。

实用新型内容

为了克服现有风冷柜控制存在的不足，本实用新型提供一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，能够增强风冷变流柜动作和电力流向的精确控制，能够监测变频器的运行状况，及时发现变频器故障或异常情况。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，包括主控PLC、通信转接板、主控板、Ethercan模块和PC端；所述主控PLC与通信转接板连接，通信转接板分别与主控板、Ethercan模块连接；所述Ethercan模块连接变流柜内变频器，用以采集变频器运行状态数据，且Ethercan模块与PC端连接，用以将采集的变频器运行状态数据传输至PC端显示；所述通信转接板连接分别连接变流柜内变频器、变频器温度检测元件、离心风扇以及控制柜面板显示灯；所述主控板分别连接变流柜内变频器、网侧接触器、定子接触器、机侧模块温度检测元件、网侧模块温度检测元件。

基于上述方案，该系统整合了主控PLC、通信转接板、主控板、Ethercan模块和PC端，使得它能够有效地管理和监测变流柜的各方面状态；Ethercan模块连接到变频器，用于采集运行状态数据，有助于及时检测变频器潜在问题或异常，从而减少设备故障和维护时间；通过Ethercan模块与PC端连接，允许远程监控变频器的运行状态数据，操作人员可以从远程位置实时监视变流柜的性能，无需亲临现场；通信转接板连接变频器、变频器温度检测元件、离心风扇以及控制柜面板显示灯，允许系统监控和控制多个关键参数；该系统能够监测变频器的温度，以及网侧和机侧模块的温度，能够确保设备在安全的温度范围内运行，减少过热引发的问题。该系统对各种开关量、接触器和断路器进行控制，可以增强对变流柜动作和电力流向的精确控制。

进一步的，所述通信转接板通过Canopen的通信方式与主控PLC通信连接，用以接收主控PLC发送的控制指令，通信转接板通过Can通信的方式与主控板通信连接，用以将控制指令发送给主控板完成向变频器的控制信号传输，同时接收主控板传输的变频器状态信号，发送给主控PLC。

基于上述方案，主控PLC可以使用Canopen通信方式向通信转接板发送精确的控制指令，这种通信方式具有较高的数据传输速度和可靠性；通信转接板通过Can通信方式将这些指令传输给主控板，然后传输给变频器，确保了对变频器的控制是准确和可靠的，有助于实现所需的运行模式和参数设置；Can通信方式支持多点连接，系统可以扩展以包括更多的控制和监测点，使其适用于更复杂的应用和设备；通信转接板将控制指令传输给主控板，还接收主控板传输的变频器状态信号，使得主控PLC可以获得实时的变频器运行状态信息，可以及时采取措施来应对异常情况，提高了系统的响应速度和可维护性。

进一步的，所述通信转接板上集成连接有温度采集模块、第一数字量输入模块、第一继电器输出模块；所述温度采集模块连接变频器温度检测元件，以检测变频器运行各元器件温度；第一数字量输入模块连接变频器开关量端口，以检测变频器开关量故障信号；第一继电器输出模块连接变流柜离心风扇，以控制柜内散热；第一继电器输出模块还连接控制柜面板显示灯以控制其在不同工况下的点亮状态。

基于上述方案，通信转接板上集成了温度采集模块、数字量输入模块和继电器输出模块，使得系统能够全面监测和控制变流柜内部的各种关键参数和元件，包括检测变频器各元器件的温度、开关量端口的故障信号以及控制柜内的散热和显示灯状态：第一数字量输入模块连接变频器开关量端口，可以及时检测到变频器的开关量故障信号，有助于系统迅速识别和响应故障，从而减少设备停机时间和维修成本；温度采集模块连接到变频器温度检测元件，允许实时监测变频器各元器件的温度；此外，第一继电器输出模块连接到离心风扇，可以控制柜内的散热，确保设备在适当的温度范围内运行，减少过热风险；第一继电器输出模块还连接到控制柜面板显示灯，可以控制其在不同工况下的点亮状态，有助于操作人员了解设备的运行状态，从而更好地管理和维护系统。

进一步的，所述通信转接板的主控芯片型号为GD32F407VGT6。

基于上述方案，GD32F407VGT6是兆易创新公司的一款国产高性能的微控制器芯片，具有良好的稳定性和可靠性，适合用于工业控制和自动化系统，GD32F407VGT6提供了多个通信接口和数字输入/输出引脚，可以用于连接其他设备，实现更广泛的功能扩展和集成；GD32F407VGT6支持低功耗模式，有助于节省能源，特别是在长时间运行的应用中，对于环保和成本控制都很重要。

进一步的，所述主控板包括相互独立设置的网侧CPU和机侧CPU，且网侧CPU和机侧CPU均与集成在主控板上的模拟量采集模块、第二数字量输入模块、PWM输出模块和第二继电器输出模块相连接；所述第二继电器输出模块连接网侧接触器和定子接触器，以控制网侧接触器和定子接触器的开关；模拟量采集模块连接变频器模拟量端口、机侧模块温度检测元件和网侧模块温度检测元件，以采集变频器运行模拟量信号以及机侧模块和网侧模块的温度；第二数字量输入模块连接变频器开关量端口，以接收变频器开关量故障信号；PWM输出模块连接变频器控制端口，以控制变频器进行并网发电。

基于上述方案，网侧CPU和机侧CPU的设置使得主控板具有分布式控制能力，即网侧和机侧的控制任务可以相互独立地进行，提高了系统的灵活性和可靠性，每个CPU可以专门处理各自的任务，避免了单点故障对整个系统的影响。

进一步的，所述网侧CPU和机侧CPU硬件结构相同，其主控芯片均由相互独立设置的FPGA芯片及DSP芯片组成。

基于上述方案，FPGA芯片和DSP芯片具有强大的并行处理能力，能够同时执行多个任务，有助于提高系统的性能，特别是在信号处理和控制的应用中。

进一步的，所述FPGA芯片采用SALEAGLE或SALELF系列型号；所述DSP芯片采用ADP32F系列型号。

基于上述方案，SALEAGLE或SALELF系列的FPGA芯片为安路公司的国产芯片，具有高性能的处理能力，适用于复杂的数字逻辑和信号处理任务。ADP32F系列的DSP芯片为进芯电子公司的国产芯片，具有强大的信号处理能力；有助于系统实现高性能的控制和信号处理功能。

进一步的，所述Ethercan模块的主控芯片型号为GD32F407VGT6。

本实用新型的有益效果包括：

该方案提供了一种全面、集成的应用于模块化风冷变流柜的控制系统，可以实现远程监控、数据采集和多重连接，有助于提高模块化风冷变流柜的性能和可靠性，提高控制精度，减少故障和维护成本。采用国产化的芯片作为主控芯片，解决了以前存在的对国外芯片供应和控制的依赖问题，提高了控制系统的可控性和可靠性。

附图说明

图1是控制系统整体结构连接图；

图2是通信转接板结构原理图；

图3是主控板结构原理图；

图4是监控界面图。

图中：1-主控PLC；2-通信转接板；3-主控板；4-Ethercan模块；5-PC端。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种基于国产化芯片的风冷变流柜控制系统，包括主控PLC1、通信转接板2、主控板3、Ethercan模块4和PC端5；基于该系统结构实现对模块并网发电的有效控制、通过控制离心风扇实现对整个柜体温度的有效控制、以及各个开关量、接触器、断路器的控制等，通过Ethercan模块来对变频器实时运行情况进行监控。同时通信转接板2、主控板3、Ethercan模块4三个部分的主控芯片均使用国产化的芯片，以替代高昂的国外芯片，摆脱对国外芯片供应和控制的依赖问题。

结构框图如图1所示，以下详细介绍各部分构成、功能及工作原理：

1、通信转接板

通信转接板的主控芯片使用的是兆易创新公司的GD32F407VGT6,性能稳定，应用广泛，是国外STM32芯片的很好替代者。通信转接板的原理图如图2所示，主要功能如下：

(1)使用Canopen的通信方式接收主控PLC发送的控制指令，再通过Can通信的方式将控制指令发送给主控板3以完成对变频器的控制，同时接收主控板3传输的变频器状态信号，发送给主控PLC。

(2)实现对变频器运行各元器件温度的检测，以防温度过高导致元器件的损坏。

(3)进行数字量信号的检测，主要指的是开关量故障信号的检测，并将故障信号传给主控板以实现主控板针对故障进行对应的处理。

(4)继电器输出的功能，主要指的是对风冷系统离心风扇的有效控制以达到对柜内很好的散热作用，以及控制柜面板显示灯在不同工况下点亮不同的灯。

2、主控板

主控板控制核心由两块CPU板卡构成，分别为网侧CPU以控制网侧模块，机侧CPU以控制机侧模块，两块CPU硬件完全一样，CPU的主控芯片由两部分构成，分别为安路公司的FPGA芯片以及进芯电子的DSP芯片，这两款芯片均为国产FPGA和DSP的优秀产品，性能稳定，应用广泛，有效地的代替了国外的xilinx的FPGA芯片和F28335的DSP芯片。主控板的控制原理图如图3所示，主要功能如下：

(1)通信功能，使用CAN通信接收通信转接板发送的主控控制指令和发送变频器运行状态给主控PLC。

(2)继电器输出功能，主控板的继电器输出主要控制网侧接触器和定子接触器。

(3)模拟量采集，模拟量主要采集变频器运行的电压、电流转速等以及机侧模块和网侧模块的温度。

(4)数字量输入，主要作用为接收一些开关量的故障信号，用以保护变频器。

(5)PWM输出，根据双馈发电机的控制逻辑及控制算法控制PWM输出，以控制变频器进行并网发电等功能。

3、Ethercan模块

Ethercan模块主要的功能时实时监测变频器的运行状态，例如运行过程中的电压、电流、温度、故障、功率等，Ethercan模块主控芯片使用的是兆易创新公司的GD32F407VGT6,性能稳定，应用广泛，是国外STM32芯片的很好替代者，Ethercan模块通过Can通信的方式接收变频器运行的数据，再通过以太网的方式与电脑相连接，最终将监测到的数据显示到电脑上，监测界面如图4所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，包括主控PLC(1)、通信转接板(2)、主控板(3)、Ethercan模块(4)和PC端(5)；所述主控PLC(1)与通信转接板(2)连接，通信转接板(2)分别与主控板(3)、Ethercan模块(4)连接；所述Ethercan模块(4)连接变流柜内变频器，用以采集变频器运行状态数据，且Ethercan模块(4)与PC端(5)连接，用以将采集的变频器运行状态数据传输至PC端(5)显示；所述通信转接板(2)连接分别连接变流柜内变频器、变频器温度检测元件、离心风扇以及控制柜面板显示灯；所述主控板(3)分别连接变流柜内变频器、网侧接触器、定子接触器、机侧模块温度检测元件、网侧模块温度检测元件。

2.根据权利要求1所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述通信转接板(2)通过Canopen的通信方式与主控PLC(1)通信连接，用以接收主控PLC(1)发送的控制指令，通信转接板(2)通过Can通信的方式与主控板(3)通信连接，用以将控制指令发送给主控板(3)完成向变频器的控制信号传输，同时接收主控板(3)传输的变频器状态信号，发送给主控PLC(1)。

3.根据权利要求2所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述通信转接板(2)上集成连接有温度采集模块、第一数字量输入模块、第一继电器输出模块；所述温度采集模块连接变频器温度检测元件，以检测变频器运行各元器件温度；第一数字量输入模块连接变频器开关量端口，以检测变频器开关量故障信号；第一继电器输出模块连接变流柜离心风扇，以控制柜内散热；第一继电器输出模块还连接控制柜面板显示灯以控制其在不同工况下的点亮状态。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述通信转接板(2)的主控芯片型号为GD32F407VGT6。

5.根据权利要求1所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述主控板(3)包括相互独立设置的网侧CPU和机侧CPU，且网侧CPU和机侧CPU均与集成在主控板(3)上的模拟量采集模块、第二数字量输入模块、PWM输出模块和第二继电器输出模块相连接；所述第二继电器输出模块连接网侧接触器和定子接触器，以控制网侧接触器和定子接触器的开关；模拟量采集模块连接变频器模拟量端口、机侧模块温度检测元件和网侧模块温度检测元件，以采集变频器运行模拟量信号以及机侧模块和网侧模块的温度；第二数字量输入模块连接变频器开关量端口，以接收变频器开关量故障信号；PWM输出模块连接变频器控制端口，以控制变频器进行并网发电。

6.根据权利要求5所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述网侧CPU和机侧CPU硬件结构相同，其主控芯片均由相互独立设置的FPGA芯片及DSP芯片组成。

7.根据权利要求6所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述FPGA芯片采用SALEAGLE或SALELF系列型号；所述DSP芯片采用ADP32F系列型号。

8.根据权利要求1所述的一种应用于模块化风冷变流柜的控制系统，其特征在于，所述Ethercan模块(4)的主控芯片型号为GD32F407VGT6。